Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

2011 Forelesning nr.1 INF 1411 Elektroniske systemer Kursoversikt Strøm, spenning, ladning og Ohms lov 16.01.2012INF 1411 1.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "2011 Forelesning nr.1 INF 1411 Elektroniske systemer Kursoversikt Strøm, spenning, ladning og Ohms lov 16.01.2012INF 1411 1."— Utskrift av presentasjonen:

1 2011 Forelesning nr.1 INF 1411 Elektroniske systemer Kursoversikt Strøm, spenning, ladning og Ohms lov 16.01.2012INF 1411 1

2 2011 Dagens temaer  Organisering av kurset  Læringsmål  Bakgrunn og motivasjon for kurs i analog elektronikk  Strøm, spenning, motstand og Ohms lov (Kapittel 2 og 3) 16.01.2012INF 1411 2

3 2011 Organisering av kurset  Detaljert forelesningsplan på kursets hjemmeside  Forelesninger 1 dobbelttime per uke  Regneøvelser 1 dobbelttime per uke  Labøvelser 1 dag per uke i snitt  5-6 obligatoriske labøvelser  Alle labøvelser/obliger må være bestått for å ta eksamen  Labøvelsene gir trening i både teori og praksis  Utføres normalt i grupper på to personer  Endringer kan forkomme  Sjekk forelesningsplanen jevnlig! 16.01.2012INF 1411 3

4 2011 Om pensum  Pensum består av fire deler:  Oppgitte kapitler fra læreboka  Forelesningene med forelesningsnotater  Gruppeoppgavene  Labøvelsene  Det kreves derfor at dere setter dere inn i og er kjent med alle disse delene til eksamen  NB: Ikke ta for lett på gruppeøvelsene! 16.01.2012INF 1411 4

5 2011 Labøvelser  Sentralt i kurset er labøvelsene  Tema og rekkefølge for forelesningene velges slik at de gir det teoretiske grunnlaget for labøvelsene  Labøvelsene skal gi ”hands-on” erfaring med teorier  Labøvelsene vil belyse praktiske og fysiske aspekter som f.eks variasjon i komponenter  Labøvelsene skal også gi kunnskaper om labarbeid generelt (nyttig for senere kurs) 16.01.2012INF 1411 5

6 2011 Læringsmål for kurset  Hovedmålet med kurset er å «gi en innføring i hvordan (enkle) elektroniske systemer fungerer, og hvordan enkeltkomponenter virker og kan settes sammen til større systemer»  Forstå forskjellene mellom hva som er teoretisk og praktisk mulig  Praktisk måling og konstruksjon av kretser  Forstå sammenhengen mellom fysiske enheter som ladning, strøm, spenning, motstand etc og lover  Forstå virkemåten til elektroniske komponenter. 16.01.2012INF 1411 6

7 2011 Bakgrunn  Elektrisitet og elektronikk danner mye av grunnlaget for det 20. århundrets industrielle revolusjon.  Dagens samfunn er utenkelig uten elektronikk:  Datamaskiner, husholdningsapparater, biler, båter, medisinsk utstyr, våpen, musikkgjengivelse, foto, film, fly, tog, mobil- telefoner, sparepærer...........  Vanlig å skille mellom digital og analog elektronikk  Digital elektronikk: Bruker to (diskrete) verdier: ’0’ og ’1’  Analog elektronikk: Verdier er kontinuerlige (uendelig mange)  Digital elektronikk er derfor en spesiell type analog elektronikk 16.01.2012INF 1411 7

8 2011 Bakgrunn (forts)  Digitale elektroniske systemer kan designes uten spesiell innsikt i analog elektronikk:  Benytter velprøvde og standardiserte byggeblokker  Designer på et høyere abstraksjonsnivå  MEN  Konstruksjon av digitale byggeblokker skjer på analognivå  Stadig raskere digitale kretser oppfører seg mer og mer som analoge kretser (dvs ikke bare ‘0’ og ‘1’)  Verden er analog (består av uendelig mange verdier), ikke digital 16.01.2012INF 1411 8

9 2011 Atomer, valensbånd og ladning 16.01.2012INF 1411 9  Atomkjernen består av positivt ladede protoner og nøytralt ladene nøytroner  Rundt atomkjernen svever negativt ladede elektroner i faste baner eller skall  Atomnummeret til et grunnstoff er lik antall protoner og bestemmer stoffets egenskaper  I et nøytralt atom er antall elektroner og protoner likt

10 2011 Atomer, valensbånd og ladning (forts) 16.01.2012INF 1411 10  Det ytterste skallet eller banen kalles for et valensbånd  Elektronene i valensbåndet er med på å bestemme termiske og elektriske egenskaper til atomet  Elektronene har ulik energi avhengig av hvilket valensbånd de befinner seg i.  Jo lenger ut, desto høyere energi og lavere binding til kjernen  Maks antall elektroner i et valensbånd er bestemt av 2N 2,der N=1 er skallet nærmest kjernen  Hvis det er få elektroner i det ytterste båndet kan de lett forlate atomer og bli frie elektroner

11 2011 Ulike materialers egenskaper 16.01.2012INF 1411 11  Antall elektroner i det ytterste valensbåndet bestemmer et materiales elektriske egenskaper (evnen til å lede elektrisk strøm):  Ledere: Materiale med få elektroner (men med plass til mange) i det ytterste valensbåndet, typisk 1-3 elektroner. Kopper og sølv er eksempler på metaller som leder elektrisk strøm godt  Halvledere: Typisk 4 valenselektroner i det ytterste skallet. Silisium og germanium er eksempler på halvledere som leder strøm og er viktige i elektroniske komponenter  Isolatorer: Ingen valenselektroner, eller valenselektroner som er sterkt bundet til kjernen. Er svært dårligere elektriske ledere

12 2011 Elektrisk ladning  Mellom elektrisk ladede partikler er det en kraft som gjør at de enten tiltrekker eller frastøter hverande  Kraften er direkte proporsjonal med ladningen  Kraften er omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden  Denne kraften kalles også et elektrisk felt 16.01.2012INF 1411 12 + + + -

13 2011 Elektrisk ladning (forts)  Elektrisk ladning måles i coulomb (C)  1 coulomb tilsvarer ladningen til 6.25 x 10 18 elektroner  Et elektron har en ladning på -1.609x10 -19 C, og et proton har en ladning på +1.609x10 -19 C  Ladning benevnes enten Q eller q(t)  Total ladning er gitt av 16.01.2012INF 1411 13

14 2011 Spørsmål  1) Atomnummeret angir a. protoner i atomkjernen b. nøytronkjerner i atomkjernen c. protoner pluss nøytroner i atomkjernen d. elektroner i det ytre skallet  2) Valenselektroner er a. I det ytre skallet b. involvert i kjemiske reaksjoner c. relativt løst bundet d. alle egenskapene over 16.01.2012INF 1411 14

15 2011 Spørsmål  3) Partikkelen som er ansvarlig for elektrisk strøm i faste ledende materialer er a. protonet b. elektronet c. nøytronet d. alle nevnt over  4) Symbolet for elektrisk ladning er a. C b. Ω c. Q d. W 16.01.2012INF 1411 15

16 2011 Elektrisk ladning og strøm  En annen grunnleggende enhet er elektrisk strøm og måles i ampere  1 ampere tilsvarer 1 coulomb som passerer et vilkårlig tverrsnitt i en elektrisk leder i løpet av 1 sekund  Elektrisk strøm I er altså et mål for antall ladninger per tidsintervall 16.01.2012INF 1411 16

17 2011 Elektrisk ladning og strøm  Strøm er altså ladning i bevegelse eller overføring av ladning  Strøm har både en verdi og en retning (vektor)  Gitt et referansepunkt måles strøm med hvilken rate ladninger passerer forbi punktet i øyeblikket  Symbolet for strøm er I eller i(t)  Hvis strømmen varierer med tiden er det vanligere å angi sammenhengen mellom strøm og ladning slik: 16.01.2012INF 1411 17

18 2011 Strøm  Strøm har alltid en retning som angis med en pil  Begge figurer angir samme strømstyrke og retning 16.01.2012INF 1411 18 -2 A 2 A

19 2011 Ulike typer strøm: Likestrøm (DC)  En likestrøm er en strøm som er konstant over tid  Betegnes med «I» (stor I) 16.01.2012INF 1411 19

20 2011 Ulike typer strøm: Vekselstrøm (AC)  En vekselstrøm varierer med tiden og betegnes med «i» (liten i)  Variasjonen kan enten være periodisk eller ikke- periodisk 16.01.2012INF 1411 20

21 2011 Spenning  For at ladninger skal bevege seg mellom a og b, må det være en potensialforskjell mellom a og b.  Potensialforskjell eller spenning er et mål på arbeidet som kreves for å flytte ladinger fra a til b  Spenning måles i volt som er definert ved  1 volt er spenningen mellom a og b når 1 joule brukes for for å flytte en ladning på 1 coulomb fra a til b 16.01.2012INF 1411 21 a b

22 2011 Spenningskilder  Spenninger kan enten være likespenning (DC), eller vekselspenning (AC)  Batterier, brenselceller og solcellepaneler er eksempler på likespenningskilder hvor spenning oppstår ved kjemiske reaksjoner eller konvertering av lys  Generatorer er eksempel på vekselspenningskilde hvor spenning lages ved konvertering av mekaniske bevegelser som vind, vann eller havbølger 16.01.2012INF 1411 22

23 2011 Spenningskilder (forts)  Spenningskilder kan enten være ideelle eller ikke-ideelle (praktiske)  En ideell kilde leverer konstant spenning uavhengig av strømmen kilden leverer  I virkeligheten vil spenningen synke når strømmen øker 16.01.2012INF 1411 23

24 2011 Spenningskilder (forts)  Symboler for spenningskilder er  ’+’ terminalen er V s (eller v s ) volt positiv i forhold til ’-’ terminalen.  Hvis V s (eller v s ) er < 0, er ’+’ terminalen negativ i forhold til ’-’ terminalen 16.01.2012INF 1411 24 Likestrømskilde (DC-spenning) VsVs Vekselstrømskilde (AC-spenning) vsvs Batteri (DC-spenning) V

25 2011 Strømkilder  Noen ganger trenger man kilder som kan levere strøm uavhengig av spenningen  For å levere en konstant strøm må kilden variere spenningen etter behov  Også strømkilder kan være enten ideelle eller ikke-ideelle 16.01.2012INF 1411 25 isis Symbol for strømkilde

26 2011 Oppsummering kilder  Kilder kan enten være ideelle eller ikke-ideelle  I tillegg kan kilder være uavhengige eller avhengige  Uavhengig: Kilden leverer strøm eller spenning som ikke er avhengig av andre strømmer eller spenninger i en krets  Avhengig: Kilden leverer en strøm eller spenning som er proporsjonal med en annen strøm eller spenning i en krets 16.01.2012INF 1411 26 Ki s Strømkontrollert strømkilde gv x Spenningskontrollert strømkilde Kv x Spenningskontrollert spenningskilde ri x Strømkontrollert spenningskilde

27 2011 Spørsmål  1) En ideell strømkilde leverer en strøm som er a. Uavhengig av spenningen over strømkilden b. Direkte proporsjonal med spenningen c. Omvendt proporsjonal med spenningen d. Konstant  2) En uavhengig spenningskilde a. Leverer spenning som er uavhengig av strømmen gjennom den b. Leverer spenning som er avhengig av strømmen gjennom den c. Leverer spenning som uavhengig av andre kilder d. Leverer strøm som er avhengig av andre spenningskilder 16.01.2012INF 1411 27

28 2011 Elektrisk krets  En elektrisk krets er en sammenkopling av elektriske elementer i en lukket løkke slik at elektriske ladninger eller strøm beveger seg i løkken 16.01.2012INF 1411 28 kildemotstand ledning

29 2011 Resistans  Når en elektrisk strøm går gjennom en leder eller et kretselement vil det alltid være en resistans R  Resistans er et materiales motstand mot elektrisk strøm (transport av elektroner)  Resistans gjør at endel av energien til elektronene som beveger seg konverteres til lys eller varme  Ledere vil man at skal ha veldig lav eller ingen resistans for å unngå tap av energi  I endel tilfeller ønsker man å ha en bestemt resistans, og da bruker man en resistor eller Ohmsk motstand 16.01.2012INF 1411 29

30 2011 Resistans (forts)  For å uttrykke resistans R bruker man enheten Ohm  1 Ohm er motstanden når det går en strøm på 1 ampere i et materiale med 1 volt spenningsforskjell mellom endepunktene  Det motsatte av resistans kalles konduktans og måles i Siemens  Resistorer produseres i mange ulike varianter og kvaliteter, avhengig av bruksområde (strøm, spenning, fysisk størrelse og form, effekt, nøyaktighet) 16.01.2012INF 1411 30

31 2011 Resistans (forts)  Fargekoding brukes for å angi Ohm og toleranse (mer om dette på lab og gruppeundervisning) 16.01.2012INF 1411 31

32 2011 Måling av spenning, strøm og resistans  Strøm, spenning og motstand kan måles med et multimeter  Multimetre kan også måle effekt, frekvens, osv  Man måler spenningen over og strømmen gjennom et element  Første labøvelse vil dreie seg mye om måling 16.01.2012INF 1411 32

33 2011 Ohms lov  Ohms lov gir sammenhengen mellom strøm, spenning og resistans (motstand):  Alternativt kan dette skrives som  Hvis spenningen øker og R er konstant, øker strømmen  Hvis spenningen er konstant og R øker, synker strømmen 16.01.2012INF 1411 33 eller

34 2011  Når spenning er ukjent: 16.01.2012 INF 1411 34  Når strømmen er ukjent:  Når resistansen er ukjent: 10v Bruk av Ohms lov

35 2011 Praktisk bruk: Måling av temperatur  Variasjon i R kan brukes til å måle temperatur:  Spenningen V b er et mål for temperaturen  Fordelen med kretsen er at man ikke må måle både strøm og spenning for å bestemme Rt (dvs temperaturen)  Kretsen kan også kalibreres (nullstilles) 16.01.2012INF 1411 35

36 2011 Spørsmål  1) Hvis resistansen er 10Ω og strømmen er 0.2A, hva er spenningen? a. 20 volt b. 0.2 volt c. 2000 milliVolt d. 2 Siemens  2) Ohms lov gir sammenhengen mellom a. Ladning, spenning og tid b.Ladning, strøm og tid c. Resistans, strøm og ladning d. Resistans, strøm og spenning 16.01.2012INF 1411 36

37 2011 Spørsmål  1) Resistans er et uttrykk for a. Et materiales motstand mot elektrisk spenning b. Et materiales motstand mot elektrisk strøm c. Et materiales evne til å lede elektrisk strøm d. Et materiales evne til å transportere protoner  2) Hvis spenningen skal være konstant når strømmen øker, så må a. Konduktansen økes b. Resistansen økes c. Resistans holdes konstant d. Konduktansen holdes konstant 16.01.2012INF 1411 37


Laste ned ppt "2011 Forelesning nr.1 INF 1411 Elektroniske systemer Kursoversikt Strøm, spenning, ladning og Ohms lov 16.01.2012INF 1411 1."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google